JPH0754095A - 遠心鋳造製複合ロール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鋼の熱間圧延等に用いるロールの耐摩耗性を
改善するために炭化物形成元素を添加しているが、遠心
鋳造により、ロールを製造した場合、偏析等の問題があ
り、充分な特性が得られていなかった。 【構成】 遠心鋳造法でみられる炭化物の遠心分離に伴
う偏析をNbをを添加することに改善し、合せてＣ、Cr、
Mo、Ｖ、Coを限定することにより、耐摩耗性、耐クラッ
ク性、研削性などの特性を改善した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄鋼材料あるいは非鉄
金属圧延用の遠心鋳造製複合ロールに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の熱間圧延および冷間圧延につ
いては、高圧下、高速連続圧延化、難圧延材の増加およ
び製品の薄物化などが進み、ロールの使用環境は苛酷化
の一途をたどっている。これに伴い、ロール摩耗の増大
あるいはスリップや絞り込み等の圧延事故の際のロール
へ与える影響の増大が深刻になっている。

【０００３】このような状況は、ロールの原単位を増加
させるばかりでなく、スケジュールフリー圧延を阻害す
ると共に圧延製品の表面品質を低下させる。また、圧延
事故に至っては、ロール折損に伴う設備損傷を招き、ミ
ル休工により生産性を著しく低下させることもある。し
たがって、ロール材には耐摩耗性、耐クラック性だけで
なく、凝固組織の緻密化も要求される。合わせて、ロー
ルは研削作業によって表面粗さの付与および疲労層の除
去を行っていることから、良好な研削性も重要な項目で
ある。

【０００４】鋼の熱間圧延についてはロールの摩耗が激
しく、耐摩耗性向上のニーズが特に高い。そのため、従
来使用されてきた高Cr鋳鉄あるいはNiグレン鋳鉄に変わ
って、最近では高Ｃ高Ｖ系の高速度工具鋼を用いること
｛材料とプロセス： vol：４（1991）− 442、同 vol：
４（1991）− 450参照｝が提案され、それぞれに優れた
耐摩耗性を示すことが開示されている。さらに、冷間圧
延についても、特公昭56−9323号公報、特開昭54−1593
23号公報、特開昭57−47849 号公報等で、いずれも耐摩
耗性向上を主目的として、硬質の炭化物形成元素を添加
する方法が提案されている。

【０００５】しかし、このような方法によれば、凝固過
程で晶出する炭化物が粗大化し、炭化物の脱落による摩
耗の促進、耐クラック性の低下、研削性の低下を招くと
共に、凝固組織がロール表面に現出し、圧延製品表面へ
転写する問題などがあり、一概に有効とはいえなかっ
た。これらは鋼塊溶製過程での問題であり、凝固速度を
速くすることによって凝固組織が緻密となり、ひいては
晶出する炭化物も微細化できる。凝固速度を速くする対
策としては、ロールの複合化が有効であり、ロールの複
合化技術としては遠心鋳造法、連続肉盛法および複合Ｅ
ＳＲ法等が提案されている。この複合化技術の中では、
遠心鋳造法は他の方法と比較して製造プロセスが簡便で
安価に製造でき、凝固速度も比較的速いことから、有効
な複合化手段である。

【０００６】しかし、ＭＣ（金属炭化物）系の硬質炭化
物の存在するような成分系では、溶鋼と晶出炭化物との
間の比重差により、炭化物の遠心分離に伴う偏析が問題
であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を有利に解決した組成からなる圧延用ロール材を用
いて好適な遠心鋳造製複合ロールを提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】さて、上掲の目的につき
その実現に向けて鋭意研究し、発明者らは、晶出する炭
化物組成を制御することによって、遠心鋳造法でみられ
る炭化物の遠心分離に伴う偏析を改善できることを見い
だした。具体的にはNbを添加することによって偏析を改
善でき、合わせてＣ、Cr、Mo、Ｖ、Coを限定することに
より、耐摩耗性、耐クラック性、研削性といった上記問
題点を改善できることが判明した。

【０００９】いわゆる本発明はこのような知見のもとに
開発されたものであり、第１の発明は、遠心鋳造法によ
って外層材と該外層材と溶着一体化した鋼の軸材とから
なる複合ロールであって、該外層材が、Ｃ： 0.8〜1.2
wt％、Si： 1.5wt％以下、Mn： 1.2wt％以下、Cr： 4.0
〜6.0 wt％、Mo： 3.0〜6.0 wt％、Ｖ： 0.5〜2.0 wt
％、Co： 1.0〜3.0 wt％および、Nb： 0.1〜2.0 wt％を
含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなることを
特徴とする遠心鋳造製複合ロールである。

【００１０】また第２の発明は、遠心鋳造法によって外
層材と該外層材と溶着一体化した鋼の軸材とからなる複
合ロールであって、該外層材が、Ｃ： 0.8〜1.2 wt％、
Si： 1.5wt％以下、Mn： 1.2wt％以下、Cr： 4.0〜6.0
wt％、Mo： 3.0〜6.0 wt％、Ｖ： 0.5〜2.0 wt％、Co：
1.0〜3.0 wt％、Nb： 0.1〜2.0 wt％およびNi：２％以
下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなるこ
とを特徴とする遠心鋳造製複合ロールである。

【００１１】

【作用】まずはじめに、外層材の成分範囲限定の根拠と
なる研究について説明する。図１は１％Ｃ−５％Cr−１
％Ｖ鋼について1100℃焼入れと 525℃の焼もどし処理を
行った鋼のMo量と硬さの関係を示す図である。Mo量が増
すにつれて硬さは高くなるが、６％でほとんど飽和する
ことが判る。また、Coを２％添加した鋼では無添加鋼よ
りもさらに硬さが高くなる傾向を示した。

【００１２】図２は１％Ｃ−５％Cr−１％Ｖ−２％Co鋼
について接触応力200kgf／mm² 、すべり率５％、21／mi
n の５％鉱油エマルジョン潤滑条件下で１×10⁶ 回の冷
間摩耗試験を行い、Mo量と摩耗深さの関係を整理した図
である。Moが３〜６％の領域で耐摩耗性が優れているこ
とが判る。図３はロールの研削性を評価したものであ
り、Ｖ量と砥石消費率の関係を示す図であり、研削性は
表１に示す砥石を用いて表２に示す研削性試験条件で行
った。Ｖが増加するにしたがって、砥石消費率は増加
し、研削性が低下していることが判る。

【００１３】

【表１】

【００１４】

【表２】

【００１５】これらの結果は、Mo、Co、Ｖを適正範囲に
規制することによって高い硬さを有しかつ耐摩耗性と研
削性が両立できることを示唆している。しかし、遠心鋳
造法で外層材を溶製した場合、特に鋼中に存在するＶＣ
の比重が溶鋼よりも小さいことから、遠心分離して炭化
物の偏析を生じた。その解決策として、溶鋼の比重と同
じレベルにある NbCに着目し、１％Ｃ−５％Cr−４％Mo
−１％Ｖ−２％Co鋼についてNbの添加を検討した。その
結果、 0.1％以上のNb添加によってＶＣ中にNbが存在し
た複炭化物を形成することが判明し、炭化物の偏析が抑
制できることが判明した。一方、２％を超えての添加は
炭化物の偏析に対しては有効であるが、その炭化物を粗
大化させた。

【００１６】以上の検討結果から示唆するところを考慮
し、上記目的を果たし得る遠心鋳造製ロールの好適外層
材成分について検討した結果、次のような成分組成とす
ることが必要であるとの結論に達した。以下に、本発明
遠心鋳造製複合ロールの外層材における合金元素の含有
量の限定理由について説明する。

【００１７】Ｃ： 0.8〜1.2 wt％ Ｃは炭化物の形成あるいは焼入れ性の確保など、その役
割は重要であり、 0.8wt％以上必要であるが、 1.2wt％
を超えると、炭化物が粗大化し、耐摩耗性および耐クラ
ック性を低下させるため、上限を 1.2wt％とする。 Si： 1.5wt％以下 Siは脱酸剤および鋳造性の確保に必要で添加するが、
1.5wt％を超えると耐クラック性を低下させるために上
限を 1.5wt％とする。

【００１８】Mn： 1.2wt％以下 MnもSiと同様の目的のために必要であるが、 1.2wt％を
超えると耐クラック性を低下させるために上限を 1.2wt
％とする。 Cr： 4.0〜6.0 wt％ Crは炭化物を形成し、耐摩耗性を向上するために必要な
元素であり、焼入れ性や焼もどし軟化抵抗向上にも有効
な元素であるが、 4.0wt％未満ではその効果が小さく、
逆に 6.0wt％を超えての添加はCr炭化物が粗大化し、硬
さの低下を招くので、 4.0〜6.0 wt％の範囲で含有させ
ることとした。

【００１９】Mo： 3.0〜6.0 wt％ Moは二次硬化焼もどし処理後の硬さ向上に有効に寄与
し、耐摩耗性および耐クラック性を向上させる。しかし
ながら、含有量が 3.0wt％に満たないと二次硬化処理後
の硬さが十分とはいえず、一方、 6.0wt％を超えての添
加は後述するＭＣ系のＶおよびNb複炭化物がMo炭化物と
なり、耐摩耗性を低下させるから、Moは3.0 〜6.0 wt％
の範囲で含有させることとした。

【００２０】Ｖ： 0.5〜2.0 wt％ Ｖは硬質のＭＣ系炭化物を形成し、耐摩耗性の向上に最
も有効に寄与する元素であるが、 0.5wt％未満では耐摩
耗性への改善効果が小さく、 2.0wt％を超えての添加は
研削性の大幅な低下を招くと共に十分な硬さが得られな
い。そこで、Ｖは、 0.5〜2.0 wt％の範囲で含有させる
こととした。

【００２１】Co： 1.0〜3.0 wt％ Coは二次硬化焼きもどし処理後における硬さを向上させ
る元素として寄与し、焼入れ時の加熱温度を低く抑制で
きる点で有用である。また、鍛造や熱処理時の酸化スケ
ールの生成を抑制する効果もあり、鍛造熱処理作業を容
易にする。しかしながら、 1.0wt％未満ではその効果が
小さく、一方、 3.0wt％を超えると焼入れ性の低下を招
く。そこで、Coは 1.0〜3.0 wt％の範囲で含有させるこ
ととした。

【００２２】Nb： 0.1〜2.0 wt％ NbはＶを主体としたＭＣ型炭化物中に複炭化物として共
存し、ＭＣ型炭化物の比重を増し、溶鋼のそれに近付け
る作用があり、遠心鋳造時のＭＣ型炭化物の遠心分離に
よる偏析を抑制する有用な元素であり、本発明において
重要な元素である。しかし、 0.1wt％未満ではその効果
が認められず、 2.0wt％を超えての添加はＭＣ型炭化物
量を増し、研削性や硬さを低下させることから、Nbは
0.1〜 2.0wt％の範囲とした。

【００２３】なお、本発明の遠心鋳造製外層材は、上記
した合金元素の他にNiを添加することができる。 Ni：２wt％以下 Niは焼入れ性を向上し、基地組織を強化するために添加
するが、 2.0wt％を超えての添加は、残留オーステナイ
トの存在など、不安定な組織を形成することから好まし
くなく、上限を 2.0wt％とした。

【００２４】そのほか、不可避的に混入する不純物とし
ては主にＰとＳがあるが、それぞれＰ：0.030 wt％以
下、Ｓ：0.010 wt％以下程度であれば許容できる。軸材
については特に既定しないが、ダクタイルあるいはNiグ
レンの鋳鉄系やまたは、機械構造用炭素鋼、合金鋼、工
具鋼あるいは軸受鋼とすることが好適である。

【００２５】前記外層材を有する遠心鋳造製複合鋼塊に
ついては、鋳造状態のままで熱処理、機械加工を行い、
ロールとすることが一般的ではあるが、外層材の粗大炭
化物の分断や軸材のミクロキャビティの圧着並びに強度
靱性の向上を目的として、必要に応じて、鍛造を付与す
ることができる。

【００２６】

【実施例】遠心鋳造法により溶製した表３に示す外層材
の化学組成を有する複合鋼塊を試作した。軸材には日本
工業規格のＳＫＤ61あるいはＳＵＪ２を用いた。得られ
た複合鋼塊を 900℃で焼ならし処理（冷却は空冷）を行
い、マクロおよびミクロ組織を観察し、炭化物の遠心分
離による偏析について調べた。なお、発明鋼１’につい
ては鍛伸成形比２Ｓの鍛造材についても調査を行った。
その結果を表３に合わせて示す。

【００２７】本発明法である外層材には炭化物の遠心分
離に伴う偏析は存在せず、健全なロールであることが確
認された。一方、Nbの少ない鋼はＶ炭化物の遠心分離に
伴う偏析が存在し、Nbが２％を超える成分系では炭化物
の粗大化が認められた。表３に示した外層材について、
900℃での焼ならし処理（冷却は空冷）および950 ℃−
４ｈの油焼入れおよび 700℃−６ｈの焼もどしの調質熱
処理後、小型試験片を採取し、実機表面焼入れおよび焼
きもどしを模擬した熱処理を行い、二次硬化挙動、摩耗
試験、熱衝撃試験および研削性試験を行った。これらの
結果を表４に示す。本発明鋼は高い硬さを有しており、
この結果は圧延時の異物混入による押し込み傷の抵抗性
が高いことを示唆している。また、摩耗、熱衝撃および
研削の各特性とも優れた成分系であることが確認され
た。一方、比較鋼では、硬さや耐摩耗性の低下、あるい
は大幅な研削性の低下を生じた。

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、遠
心鋳造時硬質炭化物の遠心分離による偏析を防止でき、
安価で優れた性能を有するロールを提供することがで
き、圧延の生産性向上およびロール原単位低減など、そ
の工業的な効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】Mo含有量と硬さの関係を示すグラフ。

【図２】Mo含有量と摩耗深さとの関係を示すグラフ。

【図３】Ｖ含有量と砥石消費率との関係を示すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/30

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠心鋳造法によって外層材と該外層材と
   溶着一体化した鋼の軸材とからなる複合ロールであっ
   て、該外層材が、 Ｃ： 0.8〜1.2 wt％、 Si： 1.5wt％以下、 Mn： 1.2wt％以下、 Cr： 4.0〜6.0 wt％、 Mo： 3.0〜6.0 wt％、 Ｖ： 0.5〜2.0 wt％、 Co： 1.0〜3.0 wt％および、 Nb： 0.1〜2.0 wt％を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物よりなることを特徴とす
   る遠心鋳造製複合ロール。
2. 【請求項２】 遠心鋳造法によって外層材と該外層材と
   溶着一体化した鋼の軸材とからなる複合ロールであっ
   て、該外層材が、 Ｃ： 0.8〜1.2 wt％、 Si： 1.5wt％以下、 Mn： 1.2wt％以下、 Cr： 4.0〜6.0 wt％、 Mo： 3.0〜6.0 wt％、 Ｖ： 0.5〜2.0 wt％、 Co： 1.0〜3.0 wt％、 Nb： 0.1〜2.0 wt％および Ni：２％以下を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物よりなることを特徴とす
   る遠心鋳造製複合ロール。